Vind meer informatie over het leven van een getalenteerde natuurkundige in deze korte blogpost.
Wat was het verhaal van Max Planck?
Max Planck was een Duitse theoretische natuurkundige, die wordt beschouwd als de oorspronkelijke grondlegger van de kwantumtheorie en als een van de belangrijkste natuurkundigen van de 20e eeuw. Aan het begin van de eeuw realiseerde hij zich dat licht en andere elektromagnetische golven werden uitgezonden in de vorm van discrete pakketjes energie, die hij “quanta” noemde – “quantum” in het enkelvoud – en die alleen bepaalde discrete waarden konden aannemen (veelvouden van een bepaalde constante, die nu bekend staat als de constante van Planck). Deze ontdekking wordt algemeen beschouwd als de eerste essentiële stap in de ontwikkeling van de kwantumtheorie, die een revolutie teweegbracht in de manier waarop we de subatomaire wereld zien en begrijpen.
Karl Ernst Ludwig Marx Planck, beter bekend als Max, werd geboren in Kiel, in Holstein, Noord-Duitsland, op 23 april 1858. Zijn familie was traditioneel en intellectueel (zijn vader was professor in de rechten en zijn grootvader en overgrootvader waren theologieprofessoren). In 1867 verhuisde het gezin naar München, waar Planck naar het Ludwig-Maximilians Gymnasium ging. Daar kwam hij onder de hoede van Hermann Müller, die hem astronomie en mechanica leerde, maar ook wiskunde, en Planck’s vroege interesse in natuurkunde wekte.
Hoewel hij een getalenteerd musicus was (hij zong, speelde piano, orgel en cello en componeerde liedjes en zelfs opera’s), koos hij in 1874 voor een studie natuurkunde aan de Universiteit van München, waar hij al snel overstapte op theoretische natuurkunde, voordat hij in 1877 naar Berlijn verhuisde voor nog een jaar studie. Na het afronden van zijn proefschrift over de warmtetheorie in 1880 werd Planck onbezoldigd privaatdocent in München totdat hij een baan aan de universiteit kreeg aangeboden. In april 1885 benoemde de universiteit van Kiel hem tot universitair hoofddocent in de theoretische natuurkunde en zette hij zijn werk aan de warmtetheorie en aan Rudolph Clausius’ ideeën over entropie en de toepassing ervan in de fysische chemie voort.
In 1889 verhuisde Planck naar de universiteit van Berlijn, waar hij in 1892 hoogleraar werd. Hij trouwde in 1887 met Marie Merck en ze kregen vier kinderen: Karl (1888), tweeling Emma en Grete (1889) en Erwin (1893), van wie alleen Erwin de Eerste Wereldoorlog overleefde. Het Planck-huis in Berlijn werd een sociaal en cultureel centrum voor academici en veel gerenommeerde wetenschappers, waaronder Albert Einstein, Otto Hahn en Lise Meitner, kwamen vaak op bezoek.
In 1894 raakte Planck geïnteresseerd in het probleem van blackbodystraling, d.w.z. de waarneming dat de grootste hoeveelheid energie die wordt uitgestraald door een “blackbody” (of elk ander perfect absorberend lichaam) zich in het midden van het elektromagnetische spectrum bevindt, in plaats van in het ultraviolette gebied zoals de klassieke theorie suggereerde. Hij bestudeerde met name hoe de intensiteit van elektromagnetische straling die door een zwart lichaam wordt uitgezonden, afhangt van de frequentie van de straling (bijvoorbeeld de kleur van het licht) en de temperatuur van het lichaam. Na wat aanvankelijke frustraties leidde hij in 1900 de eerste versie van zijn zwartelichaamstralingswet af. Deze wet beschreef echter wel de experimenteel gemeten intensiteit van de straling. Maar hoewel deze het experimenteel waargenomen spectrum van het zwarte lichaam goed beschreef, realiseerde hij zich dat deze niet perfect was.
Het jaar daarvoor, in 1899, had hij opgemerkt dat de energie van fotonen alleen bepaalde discrete waarden kon aannemen die altijd een geheel veelvoud waren van een bepaalde constante, die nu bekend staat als de constante van Planck. Op deze manier werden licht en andere golven uitgezonden in discrete pakketjes energie die hij “quanta” noemde. De definitie van de constante van Planck stelde hem in staat om een nieuwe universele reeks natuurkundige eenheden of Planck-eenheden te definiëren (zoals Planck-lengte, Planck-tijd, Planck-temperatuur, enz.), allemaal gebaseerd op vijf fundamentele natuurkundige constanten: de lichtsnelheid in een vacuüm, de gravitatieconstante, de Coulomb-krachtconstante, de constante van Boltzmann en zijn eigen Planck-constante.
Later, in 1900, herzag hij zijn blackbodytheorie om de aanname op te nemen dat elektromagnetische energie alleen kon worden uitgezonden in “gekwantiseerde” vorm, zodat energie alleen een veelvoud kon zijn van een elementaire eenheid E = hv (waarbij h de constante van Planck is, die hij al in 1899 had geïntroduceerd, en v de frequentie van de straling is). Hoewel kwantisering destijds een puur formele hypothese in het werk van Planck was en hij de radicale implicaties ervan nooit volledig begreep (die zouden moeten wachten op de interpretaties van Albert Einstein in 1905), wordt zijn ontdekking beschouwd als de geboorte van de kwantumfysica en de grootste intellectuele prestatie van Plancks carrière. Als erkenning voor deze prestatie kreeg hij in 1918 de Nobelprijs voor Natuurkunde.
Planck was een van de weinigen die onmiddellijk het belang inzag van Einsteins speciale relativiteitstheorie, die in 1905 werd gepubliceerd, en hij gebruikte zijn invloed in de wereld van de theoretische natuurkunde (hij was van 1905 tot 1909 voorzitter van de pas opgerichte Duitse Natuurkundige Vereniging) om ervoor te zorgen dat de theorie snel en breed werd geaccepteerd in Duitsland, terwijl hij zijn eigen bijdragen leverde aan de ontwikkeling ervan. Nadat Planck was benoemd tot decaan van de Universiteit van Berlijn, kon hij Einstein naar Berlijn halen en speciaal voor hem een nieuwe leerstoel creëren in 1914.
Plancks vrouw Marie stierf in 1909, waarschijnlijk aan tuberculose, en in 1911 trouwde hij voor de tweede keer met Marga von Hoesslin, die hem hetzelfde jaar een derde zoon schonk, Hermann. Tegen de tijd van de annexatie van Duitsland en de Eerste Wereldoorlog in 1914 (die Planck aanvankelijk verwelkomde, maar waartegen hij later protesteerde) was hij in feite de hoogste autoriteit in de Duitse natuurkunde, als een van de vier permanente voorzitters van de Pruisische Academie van Wetenschappen en een leider van het invloedrijke coördinerende orgaan, de Kaiser Wilhelm Society. Tegen het einde van de jaren 1920 hadden Niels Bohr, Werner Heisenberg en Wolfgang Pauli de zogenaamde “Kopenhagen interpretatie” van de kwantummechanica ontwikkeld en werd de kwantumtheorie die Planck’s werk op gang had gebracht steeds meer ingeburgerd, ook al voelde Planck zich (net als Einstein) nooit helemaal op zijn gemak met sommige van zijn filosofische implicaties.
Toen de nazi’s in 1933 aan de macht kwamen, was Planck een oude man van 74 en vermeed hij over het algemeen een openlijk conflict met het naziregime, hoewel hij wel een enigszins provocerende officiële herdenkingsbijeenkomst organiseerde na de dood in ballingschap van collega-fysicus Fritz Haber.
De “Deutsche Physik” beweging viel onder andere Planck, Arnold Sommerfeld en Werner Heisenberg aan omdat ze Einsteins theorieën bleven onderwijzen en bestempelde hen als “witte Joden”. Toen zijn termijn als voorzitter van de Kaiser Wilhelm Society in 1936 afliep, oefende de nazi-regering druk op hem uit om zich niet herkiesbaar te stellen. Eind 1938 verloor de Pruisische Academie van Wetenschappen haar resterende onafhankelijkheid en werd overgenomen door de nazi’s. Planck protesteerde en nam ontslag als voorzitter. Hij weigerde categorisch om lid te worden van de Nazipartij, hoewel hij onder grote politieke druk kwam te staan om dat wel te doen.
De geallieerde bombardementen op Berlijn tijdens de Tweede Wereldoorlog dwongen Planck en zijn vrouw om de stad tijdelijk te verlaten om op het platteland te gaan wonen, en zijn huis in Berlijn werd volledig verwoest door een luchtaanval in 1944. Hij bleef vaak reizen, gaf veel openbare lezingen, vooral over religie en wetenschap (hij was zijn hele leven een toegewijde en volhardende aanhanger van het christendom) en was op de rijpe leeftijd van 85 nog fit genoeg om toppen van 3000 meter in de Alpen te beklimmen.
Aan het einde van de Tweede Wereldoorlog (waarin zijn jongste zoon Erwin betrokken was bij de moordpoging op Hitler in 1944 en werd opgehangen) verhuisden Planck, zijn tweede vrouw en zijn overgebleven zoon naar Göttingen. Hij stierf daar op 4 oktober 1947, 89 jaar oud, na verschillende beroertes.
.
Ontdek ons volgende artikel: Wie was Richard Feynman?